新工科背景下智慧课堂教学模式研究

张燕 孙光灵

摘 要：高等教育教学研究重点是提高本科教学质量，在新工科背景下智慧课堂教学模式是一种创新教学模式。分析了新工科建设和智慧课堂建设的内在联系，将新工科背景下智慧课堂教学模式应用到实践教学。智慧课堂教学模式与传统课堂教学模式相比有6大优势：学习主动化、学习模式高效化、教学方式移动化、数据分析智能化、学习轨迹动态化和测评反馈及时化，这些优势证明智慧课堂教学模式是建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的行之有效的教学模式。

关键词：新工科;智慧课堂教学模式;大数据;动态轨迹

DOI：10. 11907/rjdk. 182197

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）003-0206-04

0 引言

教育部积极推进新工科[1]建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，新工科成为教育改革的热门议题。传统的工科人才培养知识单一，侧重理论知识的塑造，对人文素质和情商培養基本为零。未来新兴产业和新经济对新工科人才的定义为工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才[2-3]。

随着现代信息化技术的发展，年轻一代大学生成了互联网的“原著居民”，移动通信技术进入生活的方方面面。传统课堂教学模式侧重课堂轻视课外，课上常见的尴尬是学生成了“低头族”，教师在演“独角戏”。随着新工科建设的迅速推进，建设与之适应的教学模式成为教育教学改革的重点，MOOC、SPOC、混合教学、翻转课堂、智慧课堂[4]等多种教学模式如雨后春笋般发展起来，其中智慧课堂成为高等教育教学的新宠儿。国外相关研究有： Rachida A Jhoun等[5]认为学习者在智慧课堂中可以根据自己的节奏进行个性化和自主化学习，可对知识进行选择性学习。Timms和Michael J[6]认为可将人工智能应用在教育中，参与学生学习，帮助教师提高教学效率。Kristopher、Scott等[7]认为在智慧课堂，采用教学终端明确学生的学习进度，记录教学活动，支持小组协作，促进师生之间学习资源共享;Matt Rattp R[8]、Alelaiwi A[9]、Jo J[10]等认为，通过在课堂上使用无线智能设备可提高学生的参与度，大数据[11-12]和人工智能[13]是智慧课堂实现的必要手段。国内相关研究有：孙曙晖、邓光强、蒋翀、陈婷等[14-17]认为智慧课堂是以建构主义[18]学习理论为依据，利用大数据、云计算等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂[19-21]。国内对智慧课堂的研究有的从硬件角度搭建智慧课堂教学环境，有的从智慧课堂教学APP设计入手[22]，鲜有学者对智慧课堂环境下的教学模式有效性进行系统研究，而对新工科背景下智慧课堂教学模式的研究更是少之又少。本文从实际教学出发，设计了切实可行的智慧课堂教学模式，为提高教学质量提供支持。

1 新工科与智慧课堂

新工科建设是以新的专业、新的教育方式，培养具有可持续竞争力的高素质复合型人才。智慧课堂本身就是一种创新的教学模式，运用多种教学手段，打破学习时间限制，拓宽学习空间，扩大教育的影响面，采用最新的信息技术完善创新创业人才培养模式，加强技术与成果的转化，这些为新工科建设目标——培养多元化、创新型卓越工程人才，为未来提供智力和人才支撑提供了实施途径。智慧课堂的教学模式就是以师生为主体，共同打造一种愉悦的学习情境，以培养学生学习的主动性为目标，创新思维为导向，为新工科建设提供具体的实施步骤。新工科建设为智慧课堂教学模式树立旗帜，智慧课堂为新工科建设添砖加瓦，两者相辅相成，相互促进，共同发展。

2 智慧课堂教学模式设计

传统教室中教师和学生角色分明，教师以三尺讲台为舞台 “满堂灌”，使得教学活动更像教师一个人的独白;学生就是剧场的看客，师生之间缺乏互动。随着科技的发展，智慧课堂应运而生，本文提出的智慧课堂教学模式设计如表1所示，由智慧教室、教师、学生、信息化、教学过程5个部分组成。智慧教室为师生提供了一个愉悦的学习环境，如照明系统、温度控制系统、桌椅布局、WiFi全覆盖、多位置摄像跟拍设备、电子显示设备等基本硬件要素;教师和学生是学习主体，两者之间完成知识的传递与互动;信息化技术是智慧课堂知识传递的桥梁，以 “互联网+”的思维方式和大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术建构智慧课堂。

2.1 教学过程三位一体

传统教学过程中，教师只考虑课堂50分钟的组织与管理，课前和课后与学生无任何交集，教师只是关注哪些知识点给学生讲过了，除了期末测试外就没有其它方式监督学生学习。智慧课堂教学将传统课堂课中的教学活动拓展到课前、课中和课后，每个阶段都有特定任务。课前的自学视频是否看了？看了多少、看了几遍皆有记录。是否积极参与课中教学活动，团队合作是否顺利都可监控。课后的知识点总结和知识迁移可在APP中体现。课前、课中和课后三位一体都为教学服务，教学过程的可视化程度很高，如图1所示。

2.2 教学活动主体

传统课堂以教师为中心，是教学活动的主体，而学生处于被动从属地位。在智慧课堂中教学过程中，教师承担更多的角色，课前视频的制作、课中活动的策划、课后的互动交流等。学生在智慧课堂活动中，课前自学视频、课中参与活动、课后团队活动，教师和学生都是教学活动的主体，共同推动教学活动进行。具体描述如下：首先，教师在录制视频和课堂教学中，要先了解学生的兴趣，将课程内容和学生的实际生活紧密联系，从学生熟悉的事物说起，上升到理论总结，同时对课程内容的描述和表达尽量风趣幽默，从而吸引学生兴趣。其次，教师要组织团队学习模式，团队规模3-6人，给每个学生分配角色，承担相应的工作任务，在完成任务过程中进行监督和激励。

2.3 多种信息技术融合

传统课堂教学模式照本宣科，往往与时代脱节，与新技术无缘。而智慧课堂充分利用现代信息技术，硬件用物联网连接和控制，课前教学资源录制和推送依靠互联网技术，分析学生学习过程，掌握学生的学习习惯，依赖大数据和云计算对大量数据进行分析，对学生的学习成效提供智能预警。所以，在智慧课堂教学模式中，物联网、互联网、大数据、云计算和人工智能技术相互交融，缺一不可。

3 智慧课堂教学模式优势

智慧课堂教学模式设计中，教学活动和现代信息技术交融是一个复杂的过程，与传统课堂教学模式比较存在如下优势：学习的主动化、学习模式的高效化、教学方式的移动化、数据分析的智能化、学习轨迹的动态化和测评反馈的及时化。

3.1 学习的主动化

在智慧课堂中，学生是学习的主体，课前要及时学习教师推送的视频，完成课前学习任务和自学测试;课中，采用翻转教学模式，学生是教学活动的主体，提出学习中遇到的问题，和同学组成团队，协作完成教师布置的任务;课后分享和展示团队的学习成果，总结学习过程中的问题，提出有建设性的意见。所有的教学任务需要学生自己去制定学习计划，什么时候学、怎么学、用什么方法学，都是学生要考虑的问题。教师不是填鸭式的灌输知识点，也不是一个学习模式套住所有学生，而是引导学生采取个性化方式自主学习，向视频学习、向老师学习、向同学学习、向生活学习，利用移动端展示学习内容或用学习到的知识解决实际问题。

3.2 学习高效化

智慧课堂的教学模式是一种高效的学习模式，它体现在两点：①传统课堂上重点、难点在课前视频中制作出来，教师从重复、繁琐的工作中解放出来，有更多的时间用于教学活动的设计与创新上;②团队组织学习模式可以提高学习效率。美国缅因州的国家训练实验室学习金字塔研究成果表明：被动学习效率和学习效果最多达到30%，而主动学习方式能达到90%以上，团队组织学习方式让学生学得更快、记得更牢。

3.3 教学方式移动化

由于网络技术和通信技术的发展，手机已经成为大众必需品，基于移动互联网的教学方式被越来越多的教师认可，一批移动教学APP——雨课堂、学习通、蓝墨云班课应运而生。这些教学利器具有资源推送、学生签到、作业/小组任务、投票/问卷、头脑风暴、答疑/讨论、测试等功能，受到广大师生的青睐。借助APP平台，教师有了推送资源的平台，学生拓宽了学习时间和空间，做到随时随地学习。

3.4 数据分析智能化

大多数移动教学平台都有数据分析功能。如图2所示，在蓝墨云班课中，可对出勤率进行统计，也可对测试结果进行分析。由于智慧课堂采用录播系统，可收集到更多数据，比如教师提出一个问题后可以看到学生的反应数据，对这些数据进行分析，可了解学生学习状态，及时修正学习态度，及时帮助学习有困难的学生。还能智能匹配学生所需要的资源，做到信息资源的个性化服务和个性化推送。

3.5 学习轨迹动态化

记录下学习过程的时间和空间，如什么时间段学习了哪一章节内容，对应这一章节的自测结果，每个时间点对应一个学习序列，将这些序列串联起来，形成学习者的学习习惯;同时学习效率也体现在学习序列中，对这些序列进行分析，找出不足的地方加以改进，动态调整学习轨迹，向着高效的学习序列靠近。

3.6 测评反馈及时化

传统教学活动中，教师和学生是一对多的关系，教师對学生个体关注度不够，甚至一学期下来教师叫不上10个学生的姓名，学生情感上产生表现好坏一个样的现象。智慧课堂利用多种屏幕，监测各个学生的学习状态，线上提问能得到及时回复，线下的学习表现也会被大数据系统记录，做到一对一的VIP服务，学生能感受到 “我的每个进步老师和同学都看得到”，从而产生学习动力。

4 教学模式实施

智慧课堂教学模式在笔者学校实施了一个学期，2017-2018年第一学期采用传统课堂教学模式，选课班级人数有97人，2017-2018年第二学期采用智慧课堂教学模式，选课班级人数有117人，从学生考试成绩来看，传统课堂班级学生80分以上占比51.55%，智慧课堂教学模式的班级学生80分以上百分比达66.67%，整整高出了15.12%;对比两个班级的平均分，智慧课堂教学模式平均分为83.24，传统班级平均分为70.11。比较还发现采用智慧课堂教学模式的班级，学生学习的主动性强了，后期复习中团队合作效果非常好，基本的知识点不需要老师讲解，知识点定位快速而准确，解题思路清晰，如表2所示。

5 结语

智慧课堂教学模式实施过程中还存在以下两个问题：①智慧课堂教学模式的设计很大程度依赖于学生学习的自觉性，交互式教学方法需要学生配合和参与，但由于学生的自主性学习较差，对教师的教学活动反应平淡，因此学生的参与度直接影响智慧课堂教学模式学习效率;②智慧课堂对硬件要求高，需要一个功能良好的智能手机及信号很好的WiFi网络，需要功能强大的服务器和对应的数据处理分析系统，硬件投入是智慧课堂正常开展的基础。

智慧课堂把学习当成一种乐趣，以一种愉悦的心情进行学习，学习效率得到提高。智慧课堂的研究和推广为教育改革提供了一种新途径，对新工科建设顺利推进具有现实意义。

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（责任编辑：杜能钢）